11 Tentatives de greffage de calixarènes sur la résine de Wang benzaldéhyde
11.3 Stratégie de synthèse Top-down
11.3.1 Greffage d’un calixarène tétra-guanidinium par utilisation d’un espaceur
propyl-aniline
La stratégie de synthèse top-down consiste, pour rappel, à minimiser le nombre d’étapes de synthèse sur la résine en privilégiant les étapes de synthèse en solution. Pour cela, la molécule octa-Boc-guanidino-éthyl-calix[4]arène 42 est utilisée comme greffon. Seulement une étape de greffage, une étape de réduction et une étape de débocage suffisent à obtenir la résine guanidinium 85 (Fig. 119).
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Fig. 119 :Voie de synthèse de la résine tetra-guanidinium 85.
L’étape de greffage de l’anilino- 42 a été tentée dans deux solvants différents, l’acétonitrile (83a) et le toluène (83b). Il faut se rappeler que la molécule 42 est une molécule très fragile puisqu’elle se dégrade rapidement dès qu’elle est chauffée même à basse température (voir §10.3.1). La réaction est donc menée à température ambiante. La consommation de la molécule 42, qui est additionnée en défaut par rapport au nombre de fonctions aldéhydes théoriques, est suivie par CCM. Dès sa consommation totale observée, un aliquote supplémentaire est ajouté. Une tentative de chauffage à 35°C pendant la nuit a été tentée dans l’essai 83b mais la dégradation partielle de la molécule 42 a été visible sur plaque CCM le lendemain matin.
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Les étapes suivantes, réduction de l’imine et débocage des groupes aminoéthyle sont réalisées séparément et de manière identique sur chacune des deux résines. Les spectres infrarouge et les analyses élémentaires sont réalisés sur ces six résines.
11.3.2 Résultats de l’analyse par spectroscopie infrarouge
La spectroscopie infrarouge des résines greffées précédemment synthétisées est présentée ci-dessous (Fig. 120).
Fig. 120 : Spectroscopie infrarouge des résines 72 et des résines 83a et 83b, 84a et 84b,
85a et 85b superposées deux à deux.
Tout d’abord, il faut souligner que les différences observées entre les spectres infrarouge des composés synthétisés dans l’acétonitrile (83a, 84a et 85a) ou dans le toluène (83b, 84b et 85b) sont très faibles. Les spectres ont été volontairement superposés pour montrer cette similitude.
Les bandes caractéristiques facilement identifiables sont celles des groupements carbonyles présents à 1600 et 1680 cm-1 à la fois dans la résine de Wang benzaldéhyde vierge et dans les résines greffées 83a et 83b. Ces deux bandes disparaissent logiquement
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Nombre d'onde (cm-1) 72 83a et 83b 84a et 84b 85a et 85b
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lors de la réduction au borohydrure de sodium (84a et 84b). A la suite de la dernière étape de débocage, les trifluoroacétates apparaissent à 1770 cm-1 et entre 1100 et 1300 cm-1.
Les spectres infrarouge permettent une nouvelle fois de donner des indices révélateurs de l’efficacité des réactions.
11.3.3 Résultats des analyses élémentaires
Le tableau ci-dessous présente la comparaison des résultats d’analyses élémentaires ainsi que les nombres de motifs greffés par gramme de résine (Tableau 16).
Résine %N Nombre de mmoles de motifs greffés / g Taux de greffage (%)
72 0.16 0 83a 0.56 3.08 10-2 1.03 83b 0.55 3.02 10-2 1.01 84a 0.28 1.54 10-2 0.51 84b 0.29 1.59 10-2 0.53 85a 0.26 1.43 10-2 0.48 85b 0.27 1.48 10-2 0.49
Tableau 16 : Comparaison des pourcentages d’azote, du nombre de motifs par gramme
et des taux de greffage des résines de Wang-CHO greffées en top-down.
Les résultats des analyses élémentaires des résines fabriquées dans l’acétonitrile et dans le toluène montrent des résultats quasiment identiques. Cette information corrobore les résultats de spectroscopie infrarouge.
Par contre, les taux de greffage obtenus sur l’ensemble de ces résines sont globalement bien plus bas que ceux obtenus lors de la stratégie bottom-up précédente. De plus, l’étape de réduction au NaBH4 divise par deux le taux de greffage. De 1.03% et 1.01%, il passe à 0.51% et 0.53%.
Dans le cas des résines de Wang-benzaldéhyde, cette stratégie n’est clairement pas la meilleure pour greffer des calixarènes tétra-guanidinium à la surface de la résine. Ce résultat peut être partiellement expliqué par l’utilisation du greffon 42, qui ne peut pas être chauffé sans être dégradé, or le chauffage est une condition probablement essentielle pour augmenter le rendement de formation de l’imine sur le support solide.
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11.3.4 Greffage d’un analogue monomérique du calixarène
Le greffage d’une résine avec un équivalent monomérique des calixarènes guanidiniums a été tenté en utilisant la molécule de 1-(4-[(N,N -Di-Boc)guanidinoéthyl]-phénoxy)-3-(4-anilino)propane 20 comme greffon (Fig. 121). Cette synthèse permet de fabriquer une résine avec un motif similaire aux calixarènes guanidiniums, qui sera utilisée afin de donner un point de comparaison par rapport aux propriétés des calixarènes tétra-guanidinium greffés sur polymère. Cette stratégie de comparaison a été initiée au laboratoire dans les études des propriétés antibactériennes des calixarènes par Regnouf de Vains et coll.12,35,129.
Fig. 121 : Synthèse de la résine 88, intégrant un modèle monomérique de calixarène
tétra-guanidinium. Greffage sur la résine de Wang-benzaldéhyde.
Le greffon 20 (dont la synthèse est décrite au §12.1.2) est ajouté solubilisé dans le toluène sur la résine de Wang benzaldéhyde vierge 72. Après un chauffage à 70°C pendant la nuit, la résine est récupérée, filtrée sur fritté, lavée et séchée. La résine 86 ainsi obtenue est réduite par le borohydrure de sodium dans le méthanol à température ambiante pendant 2 heures. Après traitement (filtration, rinçages et séchages), le motif di-Boc-guanidine de la résine 87 est déprotégé dans des conditions classiques (CH2Cl2/TFA) afin de donner la résine 88.
Les spectres infrarouge et l’analyse élémentaire de ces trois nouvelles résines sont présentés ci-dessous.
11.3.5 Résultats de l’analyse par spectroscopie infrarouge
La comparaison des spectres infrarouges des résines 72, 86, 87 et 88 est présentée dans la Fig. 122 ci-dessous.
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Fig. 122 : Comparaison des spectres infrarouge des résines 72, 86, 87 et 88.
Les bandes caractéristiques facilement identifiables sont celles des carbonyles à 1600 et 1680 cm-1. Ces signaux sont présents à la fois dans la résine de Wang benzaldéhyde vierge 72 et dans la résine 86, cependant ils devraient disparaître lors de la réduction au borohydrure de sodium (résine 87) mais ils ne sont que faiblement diminués. A la suite de la dernière étape de débocage, les trifluoroacétates apparaissent à 1770 cm-1 cependant la bande large entre 1100 et 1300 cm-1 n’est pas visible.
Ces analyses infrarouge ne montrent pas des spectres correspondant parfaitement à ce qui est attendu lors de l’étape de réduction au NaBH4 (résine 87). Il est à supposer que cette réaction a peut-être été incomplète. L’absence de signaux caractéristiques des trifluoroacétates entre 1100 et 1300 cm-1 dans la résine 88 est peut-être due à la plus faible capacité des motifs monomériques à retenir ces sels, puisqu’ils ne comportent qu’une seule guanidine contrairement aux calixarènes qui en portent quatre. Une autre explication serait que le débocage de la résine était incomplet ou n’a pas eu lieu.
11.3.6 Résultats des analyses élémentaires
Les résultats d’analyse élémentaire des résines 72, 86, 87 et 88 sont présentés dans le Tableau 17 ci-dessous. 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Nombre d'onde (cm-1) 72 86 87 88
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Résines %N Nombres de mmoles de motifs greffés / g Taux de greffage (%)
72 0.16 0
86 1.05 1.88 10-1 6.27
87 1.18 2.11 10-1 7.03
88 1.07 1.91 10-1 6.37
Tableau 17 : Résultats des analyses élémentaires des résines 72, 86, 87 et 88 ainsi que
les résultats des calculs du nombre de motifs/g et du taux de greffage correspondants.
Les résultats obtenus montrent des pourcentages d’azote dans les résines greffés 86, 87 et 88 à peine supérieurs à 1% mais ne variant que très peu. Cela signifie que les motifs sont restés greffés sur la résine pendant les étapes de réduction et de débocage.
Si l’on compare maintenant ces pourcentages d’azote avec ceux des résines calixarèniques précédemment fabriquées, le résultat est du même ordre de grandeur. Cependant, le motif greffé ne comporte que 4 azotes contrairement aux calixarènes greffés qui en comportent jusqu’à 14. Cette différence entraine un nombre de mmoles de motifs / g et un taux de greffage bien supérieur aux résines précédemment synthétisées.
Ces informations permettent de conclure quant à un taux de greffage entre 5 et 10 fois plus important pour l’équivalent monomérique. Ce résultat n’est pas surprenant si l’on compare les tailles des motifs greffés. Par exemple, le calixarène 42 précédemment greffé sur la résine de Wang benzaldéhyde au cours de la stratégie Top-Down a une masse molaire de 1699.04 g/mol. En comparaison, le motif monomérique 20 est plus de trois fois moins « gros » avec une masse molaire de 512.64 g/mol, ce qui lui permet probablement une pénétration à l’intérieur de la matrice polymérique bien plus facile et par conséquent un nombre de motifs greffés bien plus important.